ラックの電源と熱管理

ラックとサーバーの各アプリケーションに適した製品やシステム レベルの製品の採用で、電力密度と効率に関する今後のニーズに対応 

アプリケーションを参照
データ センターの強化:グリッドからゲートまで:
サーバーと通信機器の電源は、スペースが限られている状況で、機能と電力レベルのニーズが上昇しています。その結果、窒化ガリウム (GaN) を含めたワイド バンドギャップ デバイスや、より高精度のセンシング回路、より複雑なリアルタイム制御の採用が進んでいます。GaN、C2000™ マイコン、ホール効果センサ、絶縁型アンプ製品、リファレンス デザインは、サーバーとテレコム向け電源の最新要件に対応するのに役立ちます。これらの要件に該当するのは、80 Plus Titanium の効率、モジュール型ハードウェア システム向け共通冗長電源 (M-CRPS)、オープン コンピューティング プロジェクトのオープン ラック v3 (OCP ORv3) の仕様です。データ センターで高密度 AI と高性能コンピューティング ワークロードを実現する液体冷却ソリューションへの移行が進む中で、C2000 デジタル コントローラは高精度の熱管理を実現します。また、モータ ドライバはファンとポンプの制御を最適化し、効率的な冷却剤の循環を実現しています。包括的なセンシング製品ラインアップは、温度センサや湿度センサを含め、漏れ検出機能を備え、安全で信頼性の高い液冷システムの動作を確実に実現するのに役立ちます。 

ラックの電源と熱管理に TI を選ぶべき理由

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熱管理

C2000™ マイコン、モータ コントローラ、センシング製品を活用すると、次世代の冷却向けディストリビューション ユニットやラック内の漏れ検出機能を設計し、信頼性の高い空冷/液冷システムを実現することができます。

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電力密度の向上。

回路統合に関する TI の斬新なアプローチは、スイッチング速度の高速化とシステム サイズの縮小に貢献します。また、高性能パッケージは、より小さな面積でより大きな消費電力に対応するのに役立ちます。

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セキュア システムの製作

各種 C2000™ マイコンを採用すると、高度なセキュリティ機能を実現し、開発中システムを保護すると同時に、ライブ ファームウェア アップデートなどの機能を搭載して、現場でシームレスにファームウェア アップデートを実施できます。

ラックの電源と熱管理の効率を実現する設計

高性能統合型 GaN 電力段

TI の GaN (窒化ガリウム) 電力段は、サーバー電源設計で高効率と高密度を実現し、それらを活用した高電圧 DC アーキテクチャのサポートの拡大に役立ちます。統合型ドライバは回路の寄生容量を低減し、設計のフットプリントの縮小に役立ちます。

TI の各種電力段は、過電流と過熱の保護機能を内蔵しており、電源ユニット、バッテリ バックアップ ユニット、中間バス コンバータ サブシステムを実現し、モジュール型ハードウェア システム共通冗長電源と Open Compute Project Open Rack v3 の各仕様の達成に役立ちます。

リファレンス デザイン
3.6kW CCM-TCM マルチモード制御トーテムポール ブリッジレス PFC のリファレンス デザイン
このリファレンス デザインは、AC 半サイクルごとに連続導通モード (CCM) と三角波電流モード (TCM) 制御を備え、TI GaN でゼロ電流検出を実現します。昇圧コンバータにより、バルク キャパシタのサイズを削減できます。
ホワイト・ペーパー
Achieving GaN Products With Lifetime Reliability
TI は、半導体のエピタキシャル成長、アプリケーションの信頼性検証、新しい GaN 規格向けの業界サポートなど、包括的な社内プログラムを通じて信頼性の高い GaN 製品を実現しました。
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リファレンス デザイン
4 スイッチ、昇降圧バッテリ バックアップ ユニットのリファレンス デザイン
このリファレンス デザインは、4 個のスイッチを使用する昇降圧 DC/DC コンバータであり、バッテリ バックアップ ユニット (BBU) アプリケーションで使用されるほか、Open Compute Project Meta Open Rack V3 のパワー モジュールとシェルフ BBU の仕様をターゲットにしています。
GaN 電力段 に関する主な製品
LMG3100R017 アクティブ ドライバ内蔵、100V、1.7mΩ の GaN FET
LMG3522R030 アクティブ ドライバ、保護機能、温度レポート機能内蔵、650V、30mΩ の GaN FET
新製品 LMG3650R025 アクティブ ドライバと保護機能とゼロ電圧検出機能内蔵、650V、25mΩ、TOLL パッケージの GaN FET

使いやすいデジタル制御

デジタル制御は、複雑なトポロジの簡素化に役立ちます。TI の各種 C2000™ マイコンを採用すると、多くの機能のプログラミング (書き込み) が容易になります。リアルタイム制御機能を使用すると、高速なスイッチング速度、高分解能の PWM (パルス幅変調)、高精度監視を実現できます。これらはいずれも、使いやすいプログラミング インターフェイス経由で制御できます。内蔵のハードウェア機能とソフトウェア機能を使用して、セキュリティ機能を簡単に取り扱うことができます。TI の UCD コントローラ ファミリは、デバイスのプログラミング (書き込み) をさらに容易にするハードウェア アクセラレータを搭載しています。

ホワイト・ペーパー
Achieve Power-Dense and Efficient Digital Power Systems by Combining TI GaN FETs
このホワイト ペーパーは、ドライバと TI の C2000™ リアルタイム マイコン (MCU) を内蔵した TI の GaN (窒化ガリウム) FET (電界効果トランジスタ) の各種機能がどのように連携して動作するかを説明します。
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技術記事
How processing in real-time drives high-performance power systems
エネルギー使用量の増加に伴い、電源システムの効率向上と小型化が必要になります。その結果、電力変換システムは、高い電力効率、高速過渡応答、高い電力密度、より大きい電力供給能力の実現を進めてきました。
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技術記事
Meeting server power supply design trends with a real-time MCU
 TI の C2000™ リアルタイム マイコンは、高度なリアルタイム制御を実現するのに役立つ統合機能を搭載しています。GaN などのワイド バンドギャップ技術には (効率を高めるためのスイッチング周波数の高速化と、その過渡に対処する高速応答など) 特有のニーズがありますが、このファミリを採用するとそれらのニーズを満たし、潜在能力を最大限に引き出すことができます。
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リアルタイム デジタル制御 に関する主な製品
TMS320F28P550SJ アクティブ 1.1MB フラッシュと C28x + CLA (制御補償器アクセラレータ) と 5 個の ADC と CLB (構成可能ロジック ブロック) と AES と NPU 搭載、150MHz、C20
TMS320F2800137 アクティブ 120MHz、256KBフラッシュ、FPU、TMU (三角関数算術演算ユニット) 搭載、C2000™ 32ビット マイコン
UCD3138 アクティブ 絶縁電源向け、3 つの帰還ループ/ 8 つの DPWM 出力付き、高集積デジタル コントローラ

高精度で低コストのセンシング

電流センシングは、サーバーとテレコム向け電源ユニット (PSU) で重要な役割を果たします。PSU の各種サブシステムの制御、保護、監視を行うには、高精度の電流測定が必須です。

絶縁型電流センシング向けの各種 TI 製品は、低コストのホール効果センサと、絶縁型センシング向けの高精度シャント ベースという複数のアプローチを採用しています。非絶縁型センシング用途の場合、TI の各種デバイスは幅広い電圧をサポートしているので、電流センシングが容易になります。

アプリケーション・ノート
TMCS110x Layout Challenges and Best Practices
このアプリケーション レポートは、出力制限、電流測定の制限、レイアウトの課題、外部磁界の寄与など、ホール ベースの電流モニタに関連するいくつかの課題について説明します。
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回路設計
±50mV 入力およびシングルエンド出力を備えた絶縁型電流セン シング回路
この電流センシング回路は、絶縁型、単一電源、ローサイド、双方向で動作し、-50A ~ 50A の負荷電流を高精度測定します。
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ブログ
ブリッジレス トーテムポール PFC (力率補正) 用途での電流センシングに関する検討事項
電流センシングには、ホール効果センサ、シャント センシング、絶縁型センシングなど多くの選択肢があります。この記事は、開発中アプリケーションに最適な選択肢の識別に役立ちます。
電流センシング に関する主な製品
AMC3306M05 アクティブ DC/DC コンバータ内蔵、±50mV 入力対応、高精度、電流センシング、強化絶縁型変調器
INA293 アクティブ -4V ~ 110V、1.3MHz、超高精度電流センス アンプ
TMCS1133 アクティブ AFR (周囲の影響除去) 機能とアラート搭載、80Arms、1MHz、ホール効果電流センサ

設計と開発に役立つリソース

設計ツール
最も一般的に使用されるスイッチ・モード電源向けの Power Stage Designer™ ソフトウェア・ツール

Power Stage Designer は、電源設計の迅速化に役立つ Java ベースのツールであり、ユーザーの入力に基づいて 21 種類のトポロジで電圧と電流を計算します。さらに、Power Stage Designer は、ボード線図プロット・ツールや、電源設計を容易にすることを意図してさまざまな機能を採用したツールボックスも搭載しています。すべての計算がリアルタイムで実行されるため、新しい電源設計を開始する最も迅速なツールになります。

  • Topology (トポロジ) ウィンドウ) – 複数の入力パラメータに基づき、トポロジ情報と部品ごとの波形を表示
  • Loop Calculator (...)
計算ツール
GaN CCM トーテムポール PFC 電力損失計算 Excel シート (GaN CCM Totem Pole PFC Power Loss Calculation Excel Sheet)
この Excel シートを使用すると、連続導通モード (CCM) のトーテムポール力率補正 (PFC) 回路で TI の各種 GaN デバイスを使用する場合の損失計算と放熱性能を得ることができます。
ソフトウェア開発キット (SDK)
C2000™ マイコン向け DigitalPower ソフトウェア開発キット (SDK)
    • C2000™ マイコン(MCU)向けの DigitalPower SDK はソフトウェア インフラ、ツール、資料で構成されており、AC/DC、DC/DC、DC/AC 電源アプリケーション向け C2000 マイコン ベース デジタル電源システムの開発期間の大幅な短縮を可能にします。C2000 デジタル電源評価基板(EVM)で動作するファームウェアと、太陽光発電、テレコム、サーバー、電気自動車(EV)チャージャ、産業用パワー デリバリ アプリケーション向けの TI Designs(TID)が含まれています。DigitalPower SDK (...)

ラックの電源と熱管理 関連の各種リファレンス・デザイン

セレクションツールを使用すると、お客様のアプリケーションやパラメータに最適なリファレンス・デザインをご覧いただけます。

サーバーの消費電力が増加する中、半導体設計とパッケージングにおける革新的な技術は、データセンターの効率改善に貢献します。
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